近日，病毒学国家重点实验室与国家病毒资源库/中国科学院武汉病毒研究所/武汉大学生命科学学院/新疆大学生命科学学院/波士顿大学医学院生物化学系联合团队在2012-2014年南极动物粪便和北极冻土宏基因组数据的回顾性研究中取得重要进展。相关研究成果“Diverse viromes in polar regions: A retrospective study of metagenomic data from Antarctic animal feces and Arctic frozen soil in 2012–2014”在线发表在Virologica Sinica上。
南极和北极是地球最寒冷的地方，极地环境中包含多种微生物，包括病毒，它们是极地生态系统的重要组成部分。然而，极地地区动物和环境样本难以获得，导致目前对极地地区病毒的了解仍然有限。为了更好地了解极地病毒，本研究利用2012-2014年收集的南极动物粪便和北极冻土宏基因组测序数据进行了回顾分析（图1）。
图 1 南北极样本采集点示意图
在南极动物粪便中，鉴定出的病毒序列涉及14个DNA 病毒科（dsDNA 病毒：Autographiviridae、Myoviridae、Podoviridae、Siphoviridae、Herelleviridae、Lavidaviridae、Mimiviridae、Phycodnaviridae和Totiviridae；ssDNA：Anelloviridae、Circoviridae、Microviridae、Inoviridae和Parvoviridae )和9个RNA 病毒科(dsRNA病毒: Birnaviridae, Cystoviridae and Partitiviridae；ssRNA病毒：Dicistroviridae, Marnaviridae, Nodaviridae, Picornaviridae, Tombusviridae and Metaviridae）。此外，还发了未分类的病毒相关序列（图2）。
图 2 南极的动物粪便的病毒群落和不同科病毒的序列特征
在北极冻土中发现了病毒相关序列，包括14 个DNA 病毒科（dsDNA 病毒：Alloherpesviridae、Demerecviridae、Iridoviridae、Mimiviridae、Myoviridae、Phycodnaviridae、Podoviridae、Siphoviridae、Caulimoviridae；ssDNA病毒：Circoviridae、Parvoviridae、Genomoviridae、Inoviridae、Microviridae）和2个RNA病毒科（dsRNA病毒：Partitiviridae；ssRNA病毒：Metaviridae），以及与Caudovirales、Nucleocytoviricota和Ribviria相关但未明确科属分类属性的病毒和许多未分类病毒序列（图3）。
图 3北极土壤中的病毒群落及不同科噬菌体的序列特征
尽管南极洲和北极在地理上彼此隔离，但病毒序列也可能与世界上不同来源的已知病毒共享进化相关性。将病毒相关序列与 IMG/VR 数据库中的病毒序列比较分析，发现南极动物粪便样本中的病毒序列主要与水生环境中的病毒相关（32.25%），其次是人类（11.44%）、陆地环境中的病毒(11%)、植物 (8.38%)等。北极土壤中病毒序列与地球上不同生境来源的已知病毒相似性自高向低排序与南极洲的大致相似（图4A），由此提示：尽管南极和北极在地理位置相距甚远且相互隔离，但极地病毒与世界上其他生境病毒存在遗传同源性。对病毒蛋白功能的预测发现病毒蛋白同源物聚集在一起形成了 27 个具有超过 3 个节点的功能簇，进一步表明南极粪便样本和北极土壤样本中的病毒类群存在功能关联性（图4 B）。
图 4极地地区病毒群落的遗传相关性和功能同源性分析。
本研究对微小噬菌体科（Microviridae）、细小病毒科（Parvoviridae）和拉维达病毒科（Larvidaviridae）相关的新病毒序列进行了系统发育分析，还获得了两种与圆环病毒科（Circoviridae）密切相关的CRESS DNA病毒的全基因组序列。
图 5南极动物粪便和北极土壤中发现的病毒序列的系统发育分析
这些结果揭示了极地病毒群落具有高度多样性、复杂性和新颖性，进一步通过对公开数据的比较分析讨论了北极土壤、北极淡水和南极土壤中南北极病毒类群的变化和他们之间的遗传相似性与功能相关性。这些发现提高了我们对极地病毒的认识，表明对南极和北极的动物和环境样本进行后续深入调查的重要性，将揭示这些病毒在全球病毒种群中的重要作用。
中国科学院武汉病毒研究所国家病毒资源库高级工程师王君和中国科学院武汉病毒研究所博士肖坚为该文的共同第一作者；中国科学院武汉病毒研究所邓菲研究员/中国科学院武汉病毒研究所沈姝青年研究员/武汉大学生命科学学院彭方教授为该文的共同通讯作者。研究得到了中国科学院重点部署项目（KJZD -SW-L11）、中国科学院国际合作局国际合作伙伴计划（153B42KYSB20200013）中国科学院（B类）（XDB42000000），国家自然科学基金（批准号：31900154），中国极地科学战略研究基金（IC201706）等经费的支持。
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1995820X22001456
